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[TECHNISCHES GEBIET]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stirlingmotor.
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[STAND DER TECHNIK]
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Ein Stirlingmotor bzw. eine Stirling-Maschine ist bekannt, der bzw. die mit einem Kolben für eine Gasschmierung zwischen dem Kolben und einem Zylinder versehen ist (siehe beispielsweise Patentschrift 1). Zudem offenbart beispielsweise die Patentschrift 2 eine Technik, die für die vorliegende Erfindung relevant sein kann, da dort eine Feuchtigkeitsabsorptionsvorrichtung vorgesehen ist. Zudem offenbart Patentschrift 2 beispielsweise eine Technik, die für die vorliegende Erfindung relevant sein kann, da dort ein Hygrometer vorgesehen ist.
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[DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK]
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[PATENTDOKUMENTE]
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- [Patentschrift 1] Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2010-222992, JP 2010-222992 A
- [Patentschrift 2] Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 9-264192, JP 9-264192 A
- [Patentschrift 3] Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 5-172058, JP 5-172058
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[KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG]
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[VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME]
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In einem Fall, in dem ein Zyklus in dem Stirlingmotors eingerichtet ist, kann ein Kühler Arbeitsfluid kühlen, das eine Expansionsarbeit verrichtet. Wenn der Kühler das Arbeitsfluid kühlt, das nicht ausreichend Wärme aufgenommen hat, kann jedoch Feuchtigkeit kondensieren, die in dem Arbeitsfluid enthalten ist, so dass Kondensation auftreten kann. Als ein Ergebnis kann in dem Stirlingmotor, der mit dem Kolben und dem Zylinder versehen ist, zwischen denen die Gasschmierung durchgeführt wird, kondensiertes Wasser zwischen dem Kolben und dem Zylinder einsickern, das die Gasschmierung stört.
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Daher wurde die vorliegende Erfindung in Anbetracht der vorstehend erläuterten Umstände gemacht und sie hat die Aufgabe, einen Stirlingmotor zu schaffen, der mit einem Kolben zur Gasschmierung zwischen dem Kolben und einem Zylinder versehen ist, und der dazu fähig ist, eine Störung der Gasschmierung durch kondensiertes Wasser besser zu behandeln.
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[EINRICHTUNG ZUM LÖSEN DER PROBLEME]
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Die vorliegende Erfindung ist ein Stirlingmotor mit: einem Zylinder; einem Kolben, wobei Gasschmierung zwischen dem Zylinder und dem Kolben durchgeführt wird; einem Kurbelgehäuse, das mit einer Kurbelwelle versehen ist, die eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umwandelt; und einem Kühler, der ein Arbeitsfluid kühlt, das eine Expansionsarbeit durchführt, wobei ein Startzeitpunkt auf der Grundlage einer inneren Feuchte bzw. Feuchtigkeit angepasst wird.
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In der vorliegenden Erfindung kann der Startzeitpunkt auf der Grundlage der inneren Feuchte in einem vorab festgelegten Abschnitt angepasst sein, und der Start kann durchgeführt werden, wenn die innere Feuchte in dem vorab festgelegten Abschnitt niedriger als ein vorab festgelegter Wert ist.
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Die vorliegende Erfindung kann weiterhin einen Entfeuchtungsabschnitt aufweisen, der die innere Feuchte verringert.
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Die vorliegende Erfindung kann weiterhin einen Kühlabschnitt aufweisen, der dazu fähig ist, eine Temperatur des Arbeitsfluids so zu verringern, dass sie niedriger als eine Temperatur des Arbeitsfluids ist, das von dem Kühler gekühlt wird, und der innerhalb des Kurbelgehäuses vorgesehen ist.
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In der vorliegenden Erfindung kann der Kühlabschnitt auf der Grundlage einer Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses arbeiten.
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Die vorliegende Erfindung kann einen Trennwandabschnitt aufweisen, der um den Kühlabschnitt innerhalb des Kurbelgehäuses vorgesehen ist.
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In der vorliegenden Erfindung kann ein Arbeitsfluid durch Tauschen von Wärme zwischen dem Kühler und einem Kühlmedium gekühlt werden, weiterhin kann ein Steuerventil vorgesehen sein, das dazu fähig sein kann, die Zufuhr des Kühlmediums in den Kühler zu steuern und gesteuert werden kann, um einen Umlauf des Kühlmediums vor dem Start zu beschränken.
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[EFFEKTE DER ERFINDUNG]
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem Fall des Vorsehens eines Kolbens zur Gasschmierung zwischen dem Kolben und einem Zylinder eine Verbesserung derart erzielt, dass die Gasschmierung nicht durch kondensiertes Wasser gestört wird.
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[KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN]
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1 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors nach einer ersten Ausführungsform;
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2 ist eine erläuternde Ansicht eines vorab festgelegten Werts in der ersten Ausführungsform;
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3 ist eine Ansicht eines Steuervorgangs in der ersten Ausführungsform;
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4 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors nach einer zweiten Ausführungsform;
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5 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors nach einer dritten Ausführungsform;
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6 ist eine Ansicht eines ersten konkreten Beispiels eines Kühlabschnitts;
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7 ist eine Ansicht eines zweiten konkreten Beispiels eines Kühlabschnitts;
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8 ist eine erläuternde Ansicht einer Änderung des Zustands zur Zeit des Aufwärmens einer Brennkraftmaschine;
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9 ist eine erläuternde Ansicht einer Zustandsänderung zu der Zeit, wenn ein Kühler mit dem Kühlen beginnt;
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10 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors nach einer vierten Ausführungsform;
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11 ist eine Ansicht eines Steuervorgangs in der vierten Ausführungsform;
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12 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors nach einer fünften Ausführungsform;
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13 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors nach einer sechsten Ausführungsform;
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14 ist eine Ansicht eines Steuervorgangs in der sechsten Ausführungsform;
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15 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors nach einer siebten Ausführungsform;
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16 ist eine Ansicht eines vorab festgelegten Ventils in der siebten Ausführungsform;
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17 ist eine Ansicht eines Steuervorgangs in der siebten Ausführungsform;
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18 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors nach einer achten Ausführungsform;
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19 ist eine Ansicht eines Steuervorgangs in der achten Ausführungsform; und
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20 ist eine Darstellung einer Beziehung zwischen einem Wärmeaufnahmezeitabschnitt und einer Wärmeaufnahmemenge.
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[VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG]
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors 10A. Der Stirlingmotor 10A ist vom Mehrzylinder-α-Typ (hier zwei Zylinder). Der Stirlingmotor 10A weist einen Zylinder 20 auf der Hochtemperaturseite und einen Zylinder 30 auf der Niedertemperaturseite auf, die linear und parallel zueinander angeordnet sind. Außerdem sind auch ein Kühler 45, ein Regenerator bzw. Wärmetauscher 46 und eine Heizung 47 vorgesehen. Der Zylinder 20 auf der Hochtemperaturseite umfasst einen Expansionskolben 21 und einen hochtemperaturseitigen Zylinder 22, und der Zylinder 30 auf der Niedertemperaturseite umfasst einen Kompressionskolben 31 und einen niedertemperaturseitigen Zylinder 32.
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Ein Raum oberhalb des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 dient als ein Expansionsraum. Arbeitsfluid, das von der Heizung 47 erwärmt wird, zirkuliert in den Expansionsraum. Die Heizung 47 tauscht Wärme zwischen dem zirkulierenden Arbeitsfluid und der Maschine mit interner Verbrennung bzw. Brennkraftmaschine aus. Daher wird das Arbeitsfluid mit Wärmeenergie erwärmt, die aus dem Abgas gesammelt wird. Hier dient das Abgas der Brennkraftmaschine in dem Stirlingmotor 10A als eine Hochtemperaturwärmequelle.
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Ein Raum auf der Oberseite des niedertemperaturseitigen Zylinders 32. dient als ein Kompressionsraum. Das Arbeitsfluid, das durch den Kühler 45 gekühlt wird, läuft in dem Kompressionsraum um. Der Kühler 45 kühlt das Arbeitsfluid durch Austausch von Wärme zwischen dem Kühler 45 und einem Kühlmittel als einem Kühlmedium. Der Regenerator 46 überträgt Wärme an das und nimmt Wärme aus dem Arbeitsfluid auf, das zwischen den Expansions- und Kompressionsräumen hin- und hergeht. Insbesondere nimmt der Regenerator 46 Wärme aus dem Arbeitsfluid auf, wenn das Arbeitsfluid aus dem Expansionsraum in den Kompressionsraum zirkuliert. Der Regenerator 46 überträgt die gespeicherte Wärme an das Arbeitsfluid, wenn das Arbeitsfluid aus dem Kompressionsraum in den Expansionsraum umläuft. Die Luft wird als das Arbeitsfluid verwendet. Das Arbeitsfluid ist jedoch nicht auf die Luft beschränkt. Beispielsweise kann ein Gas wie He, H2 oder N2 als Arbeitsfluid verwendet werden.
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Als Nächstes wird der Betrieb des Stirlingmotors 10A beschrieben. Die Heizung 47 erhitzt das Arbeitsfluid so, dass das Arbeitsfluid expandiert, um den Expansionskolben 21 herunterzudrücken. Wenn der Expansionskolben 21 als Nächstes einen Aufwärtshub durchführt, wird das Arbeitsfluid durch die Heizung 47 in den Regenerator 46 zugeführt. Das Arbeitsfluid gibt Wärme in dem Regenerator 46 ab und läuft in den Kühler 45 um. Das Arbeitsfluid, das in dem Kühler 45 gekühlt wird, läuft in den Kompressionsraum um und wird dann durch die Aufwärtsbewegung des Kompressionskolbens 31 komprimiert. Das Arbeitsfluid, das in einer solchen Weise komprimiert wurde, erhöht seine Temperatur, während es Wärme aus dem Regenerator 46 entzieht und läuft dann in die Heizung 47 um. Das Arbeitsfluid wird erneut erhitzt und expandiert.
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Hier gibt das Arbeitsfluid, das zwischen den Expansions- und Kompressionsräumen hin- und hergeht, in dem Stirlingmotor 10A die Expansionsarbeit ab. Daher kühlt der Kühler 45 das Arbeitsfluid, das zwischen den Expansions- und Kompressionsräumen hin- und hergeht, um das Arbeitsfluid zu kühlen, das die Expansionsarbeit durchführt. Der Stirlingmotor 10A ist dazu fähig, das gemeinsame Kühlmittel zwischen der zugehörigen Brennkraftmaschine und dem Kühler 45 umlaufen zu lassen. Wie beschrieben beginnt das Kühlmittel damit, in den Kühler 45 umzulaufen, bevor der Stirlingmotor 10A anläuft (beispielsweise dann, wenn die zugehörige Brennkraftmaschine anläuft).
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Nebenbei bemerkt wird die Gasschmierung in dem Stirlingmotor 10A zwischen den Kolben 21 und 31 und den Zylindern 22 und 32 durchgeführt. Bei der Gasschmierung liegen die Kolben 21 und 31 frei in der Luft, indem der Luftdruck (die Verteilung) verwendet wird, die zwischen den kleinen Spielräumen jeweils zwischen den Kolben 21 und 31 und den Zylindern 22 und 32 erzeugt werden. Der Gleitwiderstand der Gasschmierung ist sehr gering, wodurch die Innenreibung innerhalb des Stirlingmotors 10A signifikant verringert wird. Die Gasschmierung, die ein Objekt veranlasst, frei in der Luft zu liegen, kann beispielsweise insbesondere eine statische Druckgasschmierung verwenden, wobei ein unter Druck gesetztes Fluid ausgestoßen wird, um einen statischen Druck zum freien Schweben des Objekts zu erzeugen. Die Gasschmierung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann eine dynamische Druckgasschmierung sein.
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Der Stirlingmotor 10A umfasst weiterhin eine Kurbelwelle 61 und ein Kurbelgehäuse 62. Die Kurbelwelle 61 wandelt die hin- und hergehenden Bewegungen der Kolben 21 und 31 in eine Drehbewegung um. Die Kurbelwelle 61 erzeugt eine Phasendifferenz zwischen den Kolben 21 und 31. Die Kurbelwelle 61 ist in dem Kurbelgehäuse 62 vorgesehen. Das Kurbelgehäuse 62 nimmt einen Kurbelabschnitt der Kurbelwelle 61 auf.
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Der Stirlingmotor 10A umfasst weiterhin eine Druckpumpe 65, ein Druckrohr 66 und ein Drucköffnungs- und -schließventil 67. Die Druckpumpe 65 setzt das Innere des Kurbelgehäuses 62 unter Druck. Insbesondere nimmt die Druckpumpe 65 die Luft von der Außenseite, setzt die Luft unter Druck und stellt die Luft so in das Kurbelgehäuse 62 bereit, dass das Kurbelgehäuse 62 unter Druck gesetzt ist. Das Druckrohr 66 verbindet das Kurbelgehäuse 62 mit der Druckpumpe 65. Das Drucköffnungs- und -schließventil 67 ist in dem Druckrohr 66 vorgesehen und erlaubt oder verhindert das Unterdrucksetzen des Inneren des Kurbelgehäuses 62.
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In dem Stirlingmotor 10A ist die mittlere Druckkraft des Arbeitsfluids in den Expansions- und Kompressionsräumen mit fortschreitender Zeit auf Grund der kleinen Spielräume jeweils zwischen den Kolben 21 und 31 und den Zylindern 22 und 32 im Wesentlichen gleich der mittleren Druckkraft des Arbeitsfluids innerhalb des Kurbelgehäuses 62, selbst wenn die Innenseite des Kurbelgehäuses 62 unter Druck steht. Aus diesem Grund wird in dem Stirlingmotor 10A das Innere des Kurbelgehäuses 62 unter Druck gesetzt, um das Arbeitsfluid auf einen hohen Druck zu bringen, wodurch die große Leistung sichergestellt wird.
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Der Stirlingmotor 10A umfasst weiterhin einen Starter bzw. Anlasser 70, ein Hygrometer 80 und eine ECU bzw. elektronische Steuereinheit 90A. Der Starter 70 treibt die Kurbelwelle 61 an, um das Starten des Stirlingmotors 10A zu unterstützen. Das Hygrometer 80 ist in dem Kurbelgehäuse 62 vorgesehen und misst die Feuchtigkeit bzw. Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 (die interne Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 des Stirlingmotors 10A). Hier entspricht das Kurbelgehäuse 62 einem vorab festgelegten Abschnitt in dem Stirlingmotor 10A.
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Die ECU 90A ist eine elektronische Steuereinheit. Die ECU 90A ist elektrisch mit einem gesteuerten Objekt wie dem Anlasser 70 und mit Sensoren oder Schaltern wie der Druckpumpe 65, dem Drucköffnungs- und -schließventil 67 und dem Hygrometer 80 verbunden. In der ECU 90A arbeitet eine CPU auf der Grundlage eines Programms, das in einem ROM gespeichert ist, und verwendet einen temporären Speicherbereich eines RAM, falls notwendig, so dass man verschiedene Funktionseinheiten wie eine Steuereinheit wie nachstehend beschrieben erhält.
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Die Steuereinheit passt den Startzeitpunkt auf der Grundlage der inneren Feuchte des Stirlingmotors 10A an. Hier passt die Steuereinheit den Startzeitpunkt auf der Grundlage der Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 an. Die Steuereinheit führt den Start durch, wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 niedriger als ein vorab festgelegter Wert α ist. Somit wird in einem Fall, in dem die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 höher als der vorab festgelegte Wert α ist (insbesondere die Feuchte höher oder gleich dem vorab festgelegten Wert α ist), der Start zu der Zeit durchgeführt, wenn die Feuchte niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist. Insbesondere treibt die Steuereinheit den Anlasser 70 an, um das Anlassen durchzuführen. Der Stirlingmotor 10A ist mit der ECU 90 versehen, welche die Steuereinheit darstellt, wodurch sie diese Steuervorgänge durchführt.
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2 ist eine erläuternde Ansicht des vorab festgelegten Werts α. Die senkrechte Achse zeigt eine Feuchte und die waagrechte Achse zeigt eine verstrichene Zeit. Die Feuchte, die durch die senkrechte Achse angezeigt wird, gibt die innere Feuchte in dem Kühler 45 des Stirlingmotors 10A wieder, durch den das Kühlmittel fließt. Wie in 2 veranschaulicht, kann man verstehen, dass die Kondensation innerhalb des Kühlers 45 auftreten wird, wenn die Feuchte bei 100 Prozent liegt, bevor der Start durchgeführt wird. In diesem Fall kann man verstehen, dass das Arbeitsfluid von der Heizung 47 mit der Zeit aufgeheizt wird, wenn sich die Feuchte so ändert, dass sie niedriger als 100 Prozent wird, wodurch innerhalb des Kühlers 45 keine Kondensation auftritt.
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Andererseits unterscheidet sich eine Temperatur des Arbeitsfluids innerhalb des Kühlers 45 in dem Stirlingmotor 10A, in dem die Temperatur des Arbeitsfluids am meisten verringert wurde, von der des Arbeitsfluids innerhalb des Kurbelgehäuses 62, wo die Feuchte tatsächlich durch das Hygrometer 80 gemessen wird. Der Kühler 45 ist außerdem getrennt von dem Kurbelgehäuse 62. Aus diesem Grund kann der vorab festgelegte Wert α um einen Feuchteunterschied kleiner als 100 Prozent festgelegt werden, der zwischen diesen zu der Zeit auftreten kann, wenn die Feuchte innerhalb des Kühlers 45, durch den das Kühlmittel zirkuliert, kleiner als 100 Prozent ist. Außerdem kann der vorab festgelegte Wert α um einen Messfehler, der durch das Hygrometer 80 selbst verursacht wird, kleiner festgelegt werden.
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Als Nächstes wird der von der ECU 90A durchgeführte Steuervorgang des Stirlingmotors 10A mit Bezug auf einen Ablaufplan beschrieben, der in 3 veranschaulicht ist. Die ECU 90A misst die Feuchte (Schritt S1). Als Nächstes wird bestimmt, ob die Feuchte in dem Zustand ist, in dem der Start durchgeführt werden kann, oder nicht (Schritt S2). Im Schritt S2 wird insbesondere bestimmt, ob die gemessene Feuchte niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist oder nicht. Wenn im Schritt S2 eine negative Entscheidung gefällt wird, geht der Vorgang zum Schritt S1 zurück. Später wird eine positive Entscheidung im Schritt S2 so gefällt, dass die gemessene Feuchte niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist. Wenn es soweit ist, dass im Schritt S2 eine positive Entscheidung gefällt wird, führt die ECU 90A den Start durch (Schritt S3). Im Schritt S3 treibt die ECU 90A insbesondere den Starter 70 an. Zusätzlich kann der Start im Schritt S3 durchgeführt werden, wenn eine andere Startbedingung erfüllt ist (beispielsweise ob der Stirlingmotor 10A dazu fähig ist, von selbst zu laufen oder nicht). Dieser Ablaufplan endet nach dem Schritt S3.
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Als Nächstes werden Effekte des Stirlingmotors 10A beschrieben. Der Stirlingmotor 10A passt den Startzeitpunkt auf der Grundlage der Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 an. Es ist daher möglich, den Start in dem Zustand durchzuführen, in dem eine Kondensation nicht innerhalb des Kühlers 45 auftritt, der die Temperatur des Arbeitsfluids am meisten verringert. Aus diesem Grund kann der Stirlingmotor 10A so verbessert werden, dass die Gasschmierung nicht durch kondensiertes Wasser gestört wird. Dies verhindert oder unterdrückt insbesondere eine Erhöhung der Reibung und eine Beschädigung von gleitenden Abschnitten.
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Insbesondere wird in dem Stirlingmotor 10A der Start durchgeführt, wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist. Es ist somit möglich, den Start in dem Zustand durchzuführen, in dem keine Kondensation innerhalb des Kühlers 45 auftritt.
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Feuchtigkeit, die in dem Arbeitsfluid enthalten ist, neigt zum Kondensieren, wenn die Innenseite des Stirlingmotors 10A unter Druck gesetzt wird. Als ein Ergebnis neigt die Gasschmierung dazu, durch kondensiertes Wasser gestört zu werden. Daher ist der Stirlingmotor 10A beispielsweise dazu geeignet, die Innenseite desselben durch Unterdrucksetzen der Innenseite des Kurbelgehäuses 62 unter Druck zu setzen.
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In dem Stirlingmotor 10A dient die Luft, die Feuchtigkeit enthält, als das Arbeitsfluid, was dazu führt, dass die Gasschmierung dazu neigt, durch kondensiertes Wasser gestört zu werden. Daher ist der Stirlingmotor 10A dazu geeignet, die Luft als das Arbeitsfluid zu verwenden. Hier ist der Stirlingmotor 10A dafür geeignet, mit der Druckpumpe 65 versehen zu sein, welche die Luft von der Außenseite nimmt und die Luft unter Druck der Innenseite bereitstellt, um so die Innenseite unter Druck zu setzen, und zusätzlich neigt in dem Arbeitsfluid enthaltene Feuchtigkeit dazu, zu kondensieren, wenn die Innenseite unter Druck gesetzt wird.
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(Zweite Ausführungsform)
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4 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors 10B. Der Stirlingmotor 10B ist im Wesentlichen dieselbe wie der Stirlingmotor 10A mit dem Unterschied, dass das Hygrometer 80 in dem Kühler 45 vorgesehen ist und eine ECU 90B anstelle der ECU 90A vorgesehen ist. In dem Stirlingmotor 10B misst das Hygrometer 80 die Feuchte innerhalb des Kühlers 45 (die interne Feuchte am Kühler 45 des Stirlingmotors 10B). Hier entspricht der Kühler 45 in dem Stirlingmotor 10B einem vorab festgelegten Abschnitt.
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Die ECU 90B ist im Wesentlichen gleich wie die ECU 90A mit der Ausnahme, dass eine Steuereinheit wie folgt vorgesehen ist. Insbesondere wird der Startzeitpunkt in einem Fall, in dem die Steuereinheit in der ECU 90B den Startzeitpunkt auf der Grundlage der inneren Feuchte anpasst, auf der Grundlage der Feuchte innerhalb des Kühlers 45 angepasst. Daher wird der Start durchgeführt, wenn die Feuchte innerhalb des Kühlers 45 niedriger als ein vorab festgelegter Wert β ist. In einem Fall, in dem die Feuchte innerhalb des Kühlers 45 größer oder gleich dem vorab festgelegten Wert β ist, wird der Start durchgeführt, wenn die Feuchte niedriger als der vorab festgelegte Wert β ist. Beispielsweise wird der vorab festgelegte Wert β auf 100 Prozent festgelegt. Der vorab festgelegte Wert β kann um einen Messfehler, der durch das Hygrometer 80 selbst verursacht wird, kleiner festgelegt werden.
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Zusätzlich ist der Steuervorgang des Stirlingmotors 10B derselbe wie der Steuervorgang des Stirlingmotors 10A, der in 3 veranschaulicht ist. Somit wird eine Erläuterung eines Ablaufplans des Steuervorgangs des Stirlingmotors 10B ausgelassen. Hier wird in dem Stirlingmotor 10B in Schritt S2 der vorab festgelegte Wert β anstelle des vorab festgelegten Werts α verwendet.
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Effekte des Stirlingmotors 10B werden als Nächstes beschrieben. In dem Stirlingmotor 10B wird der Startzeitpunkt auf der Grundlage der Feuchte in dem Kühler 45 angepasst, wodurch direkt bestimmt werden kann, ob Kondensation in dem Kühler 45 auftritt oder nicht. Somit ist der Stirlingmotor 10B dafür geeignet, den Start früher als der Stirlingmotor 10A durchzuführen, weil der geeignete Startzeitpunkt genauer bestimmt werden kann, damit die zu erzielende Verbesserung so erreicht wird, dass die Gasschmierung nicht durch kondensiertes Wasser gestört wird.
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(Dritte Ausführungsform)
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5 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors 10C. Der Stirlingmotor 10C ist im Wesentlichen gleich dem Stirlingmotor 10A mit der Ausnahme, dass zusätzlich ein Kühlabschnitt 100 vorgesehen ist. Beispielsweise ist eine ähnliche Änderung auf der Stirlingmotor 10B anwendbar. Der Kühlabschnitt 100 ist innerhalb des Kurbelgehäuses 62 vorgesehen und verringert die Temperatur des Arbeitsfluids im Vergleich zum Kühler 45 weiter.
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6 ist eine Ansicht eines ersten konkreten Beispiels des Kühlabschnitts 100. Eine Kühlvorrichtung 200, die in 6 veranschaulicht ist, umfasst einen Kompressor 201, einen Kondensationsabschnitt 202, einen Verdampfungsabschnitt 203 und einen Antriebsmotor 204. Der Kompressor 201 komprimiert ein Kühlmedium F. Das vom Kompressor 201 komprimierte Kühlmedium F kondensiert in dem Kondensatorabschnitt 202, um Wärme abzugeben. Beispielsweise expandiert das Kühlmedium F, das in dem Kondensatorabschnitt 202 kondensiert ist, und verdampft dann in dem Verdampfungsabschnitt 203, um Wärme aufzunehmen. Der Antriebsmotor 204 treibt den Kompressor 201 an. Hier wird beispielsweise insbesondere der Kühlabschnitt 100 durch den Verdampfungsabschnitt 204 bzw. 203 der Kühlvorrichtung 200 erzielt, wodurch der Kühlabschnitt 100 als ein Kühlabschnitt dient, der dazu fähig ist, unter Verwendung von Verdampfungswärme des Kühlmediums F zu kühlen.
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7 ist eine Ansicht eines zweiten konkreten Beispiels des Kühlabschnitts 100. Eine Kühlvorrichtung 300, die in 7 veranschaulicht ist, umfasst eine Gleichstromquelle 301, einen Halbleiter 302 vom p-Typ, einen Halbleiter 303 vom n-Typ, Elektroden 304 und 305 und einen Schalter 306. In der Kühlvorrichtung 300 sind die Halbleiter 302 und 303, die mit der Elektrode 305 verbunden sind, mit der Gleichstromquelle 301 über den Schalter 306 verbunden. Wenn elektrischer Strom durch die Halbleiter 302 und 303 fließt, wird Wärme auf einer Seite der Elektroden (hier der Seite der Elektrode 304) absorbiert und Wärme auf der anderen Seite der Elektroden (hier der Seite der Elektrode 305) erzeugt, das bedeutet, der Peltier-Effekt tritt auf.
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Hier wird beispielsweise insbesondere der Kühlabschnitt 100 durch eine Halbleitereinheit dargestellt, welche die Halbleiter 302 und 303 und die Elektroden 305 und 306 der Kühlvorrichtung 300 umfasst, wobei der Kühlabschnitt 100 als ein Kühlabschnitt dient, der dazu fähig ist, unter Verwendung der Wärmeabsorption des Peltier-Effekts zu kühlen.
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Der Kühlabschnitt 100 verursacht das Auftreten von Kondensation, um dadurch Feuchte zu verringern, die in den Arbeitsfluid enthalten ist. Dies erzielt einen Entfeuchtungseffekt. Somit entspricht der Kühlabschnitt 100 auch einem Entfeuchtungsabschnitt. Andererseits ist der Entfeuchtungsabschnitt, der die interne Feuchte des Stirlingmotors 10C verringert, nicht auf den Kühlabschnitt 100 beschränkt. Beispielsweise kann ein Entfeuchter, der unter Verwendung eines Entfeuchtungsmittels entfeuchtet, innerhalb des Kurbelgehäuses 62 vorgesehen sein. Hier kann der Entfeuchtungsabschnitt beispielsweise innerhalb des Druckrohrs 66 vorgesehen sein, um die Luft zu entfeuchten, die in den Stirlingmotor 10C eingeführt wird. Beispielsweise kann ein solcher Entfeuchtungsabschnitt durch einen Entfeuchter erzielt werden, der unter Verwendung eines Entfeuchtungsmittels entfeuchtet.
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Als Nächstes werden Effekte des Stirlingmotors 10C beschrieben. 8 ist eine erläuternde Ansicht einer Änderung des Zustands zur Zeit des Aufwärmens der Maschine. Die senkrechte Achse zeigt eine Wasserdampfmenge an, und die horizontale Achse zeigt die Zeit an. Ein Muster A gehört zu dem Stirlingmotor 10C. Ein Muster A' gehört zu einem Fall, in dem der Kühlungsabschnitt 100 nicht kühlt. Ein Punkt P1 zeigt eine vorab festgelegte Menge des Wasserdampfes an, der in dem Arbeitsfluid nach dem Aufwärmen enthalten ist, indem die Menge des Wasserdampfes mit einer Kühltemperatur des Kühlers 45 in Übereinstimmung gebracht wird. Die Punkte P2 und P2' zeigen Positionen an, an denen die Kondensation verschwindet. Die Punkte P3 und P3' zeigen Positionen an, an denen das Aufwärmen beendet ist. Eine Kurve C1 ist eine Sättigungsdampfkurve.
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Der Stirlingmotor 10C ist mit dem Kühlabschnitt 100 innerhalb des Kurbelgehäuses 62 so versehen, dass das Auftreten von Kondensation im Kühlabschnitt 100 verursacht wird. Somit beschleunigt eine solche Entfeuchtung eine Verringerung der Feuchte innerhalb des Kühlers 45. Dies kann die Temperatur, bei der die Kondensation in dem Muster A verschwindet, niedriger als in dem Muster A' machen. Somit ist der Stirlingmotor 10C dazu geeignet, den Start früh durchzuführen, weil er eine Verringerung der Feuchte innerhalb des Kühlers 45 im Vergleich mit dem Stirlingmotor 10A beschleunigt.
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In einem Fall, in dem das Kühlmittel damit beginnt, zu der Zeit, zu der das Starten durchgeführt wird, durch den Kühler 45 zu zirkulieren, kann der Stirlingmotor 10C das Auftreten von Kondensation wie nachstehend beschrieben verhindern. 9 ist eine erläuternde Ansicht einer Änderung des Zustands zu der Zeit, zu der der Kühler 45 mit dem Kühlen beginnt. Die senkrechte Achse zeigt eine Wasserdampfmenge. Die horizontale Achse zeigt die Zeit. Ein Muster B entspricht dem Stirlingmotor 10C. Ein Muster B' entspricht einem Fall, in dem der Kühlabschnitt 100 nicht kühlt. Ein Punkt P11 zeigt eine Position, bevor der Start durchgeführt wird. Ein Punkt P12 entspricht einem Punkt P11 und zeigt eine Position, an der eine Menge von Wasserdampf in einem Fall verringert wird, in dem der Kühlabschnitt 100 kühlt. Die Punkte P13 und P13' zeigen Positionen an, an denen der Start durchgeführt wird. Eine Kurve C1 ist eine Sättigungsdampfkurve.
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In einem Fall, in dem das Kühlmittel zu der Zeit des Durchführens des Starts damit beginnt, durch den Kühler 45 zu zirkulieren, wird das Kühlen in dem Kühlabschnitt 100 durch den Stirlingmotor 10C durchgeführt, bevor der Start durchgeführt wird, wodurch es möglich ist, die Feuchte innerhalb des Kühlers 45 zu verringern. Dies verringert die Menge des Wasserdampfs in dem Muster B so, dass sie kleiner als jene in dem Muster B' ist. Daher kann das Auftreten von Kondensation in dem Kühler 45 selbst dann verhindert werden, wenn die Temperatur des Arbeitsfluids zu der Zeit verringert wird, zu der der Kühler 45 mit dem Kühlen beginnt. Somit kann das Auftreten der Kondensation in dem Kühler 45 selbst in einem Fall verhindert werden, in dem das Kühlmittel zur gleichen Zeit wie der Start des Stirlingmotors 10C damit beginnt, durch den Kühler 45 zu zirkulieren.
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(Vierte Ausführungsform)
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10 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors 10D. Der Stirlingmotor 10D ist im Wesentlichen identisch zum Stirlingmotor 10C mit der Ausnahme, dass ein Betriebssteuerabschnitt 101 vorgesehen ist, der den Betrieb des Kühlabschnitts 100 steuert, und eine ECU 90C anstelle der ECU 90A vorgesehen ist. Die ECU 90C ist im Wesentlichen die gleiche wie die ECU 90A mit der Ausnahme, dass der Betriebssteuerabschnitt 101 elektrisch mit der ECU 90C verbunden ist, und die Steuereinheit wird nachstehend erläutert. Zudem ist beispielsweise eine ähnliche Variante auf den Stirlingmotor 10B anwendbar, der zudem den Kühlabschnitt 100 aufweist.
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In der ECU 90C dient die Steuereinheit dazu, den Kühlabschnitt 100 auf der Grundlage der Feuchtigkeit innerhalb des Kurbelgehäuses 62 zu betreiben. Insbesondere betreibt die Steuereinheit den Kühlabschnitt 100, wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 höher als der vorab festgelegte Wert α (insbesondere gleich groß wie oder größer als der vorab festgelegte Wert α) ist. Außerdem stoppt der Kühlabschnitt 100, wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 unter dem vorab festgelegten Wert α liegt. Zusätzlich entspricht die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 in einem Fall, in dem eine ähnliche Variation für den Stirlingmotor 10B verwendet wird, der zudem den Kühlabschnitt 100 aufweist, der Feuchte innerhalb des Kühlers 45, und der vorab festgelegte Wert α entspricht dem vorab festgelegten Wert β.
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Die Steuereinheit betreibt den Kühlabschnitt 100 durch Steuern des Betriebssteuerabschnitts 101. Hier wird nachstehend insbesondere der Betriebssteuerabschnitt 101 beispielhaft erläutert. Insbesondere kann der Betriebssteuerabschnitt 101 in einem Fall durch den Antriebsmotor 204 dargestellt werden, in dem der Kühlabschnitt 100 dem Verdampfungsabschnitt 203 entspricht. Auch in einem Fall, in dem der Kühlabschnitt 100 beispielsweise durch die Halbleitereinheit dargestellt wird, die die Halbleiter 302 und 303 und die Elektroden 304 und 305 aufweist, kann der Betriebssteuerabschnitt 101 durch den Schalter 306 erhalten werden.
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Als Nächstes wird eine Beschreibung des von der ECU 90C durchgeführten Steuervorgangs des Stirlingmotors 10D mit Bezug auf einen Ablaufplan gegeben, der in 11 veranschaulicht ist. Die ECU 90C misst die Feuchte (Schritt S11) und bestimmt, ob die Feuchte in dem Zustand ist, in dem der Start durchgeführt werden kann, oder nicht (Schritt S12). Wenn im Schritt S12 ein negatives Urteil gefällt wird, betreibt die ECU 90C den Kühlabschnitt 100 (Schritt S13). Anschließend misst die ECU 90C die Feuchte (Schritt S14) und bestimmt, ob die gemessene Feuchte in dem Zustand ist, in dem der Start durchgeführt werden kann (Schritt S15). Zusätzlich wird in den Schritten S12 und S15 spezifisch bestimmt, ob die gemessene Feuchte niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist oder nicht.
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Wenn im Schritt S15 ein negatives Urteil gefällt wird, kehrt der Vorgang zum Schritt S13 zurück. Daher wird der Betrieb des Kühlabschnitts 100 fortgesetzt, bis die gemessene Feuchte kleiner als der vorab festgelegte Wert α ist. Andererseits stoppt die ECU 90C den Betrieb des Kühlabschnitts 100 (Schritt S16), wenn im Schritt S15 ein positives Urteil gefällt wird. Anschließend wird nach dem Schritt S16, oder nachdem ein positives Urteil im Schritt S12 gefällt wurde, der Start durchgeführt (Schritt S17). Zusätzlich kann der Start im Schritt S17 durchgeführt werden, wenn eine andere Startbedingung erfüllt ist. Dieser Ablaufplan endet nach dem Schritt S17.
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Effekte des Stirlingmotors 10D werden als Nächstes beschrieben. In dem Stirlingmotor 10D wird der Kühlabschnitt 100 auf der Grundlage der Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 betrieben, wodurch der Kühlabschnitt 100 in dem Bereich betrieben werden kann, in dem die Entfeuchtung effektiv ist, um den Startzeitpunkt nach vorne zu verschieben. Dies kann auch eine Verschwendung von für den Betrieb des Kühlabschnitts 100 verwendeter Energie unterdrücken.
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In dem Stirlingmotor 10D arbeitet der Kühlabschnitt 100 insbesondere dann, wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 höher als der vorab festgelegte Wert α ist, und wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 kleiner als der vorab festgelegte Wert α ist, stoppt der Kühlabschnitt 100. Es ist daher möglich, den Kühlabschnitt 100 in dem Bereich zu betreiben, in dem eine Entfeuchtung effektiv ist, um den Startzeitpunkt vorzuverschieben.
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(Fünfte Ausführungsform)
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12 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors 10E. Der Stirlingmotor 10E ist im Wesentlichen gleich dem Stirlingmotor 10C mit der Ausnahme, dass zusätzlich um den Kühlabschnitt 100 innerhalb des Kurbelgehäuses 62 ein Trennwandabschnitt 102 vorgesehen ist. Beispielsweise ist eine ähnliche Änderung auf der Stirlingmotor 10D oder der Stirlingmotor 10B anwendbar, die zudem mit dem Kühlabschnitt 100 versehen ist. Der Trennwandabschnitt 102 ist mit einem Ventilationsabschnitt um den Kühlabschnitt 100 in einer solchen Weise versehen, dass die Luft in den Kühlabschnitt 100 geblasen werden kann. Beispielsweise kann der Trennwandabschnitt 102 als ein Teil des Kurbelgehäuses 62 gebildet sein.
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Effekte des Stirlingmotors 10E werden als Nächstes beschrieben. In dem Stirlingmotor 10E kann das Vorsehen des Trennwandabschnitts 102 verhindern oder unterdrücken, dass Wasser, das in dem Kühlabschnitt 100 kondensiert, durch Schwingungen oder Ähnliches verteilt wird und zwischen den Kolben 21 und den Zylinder 22 oder zwischen den Kolben 31 und den Zylinder 32 einsickert. Daher wird dieser Stirlingmotor 10E im Vergleich zu dem Stirlingmotor 10C äußerst vorteilhaft derart verbessert, dass die Gasschmierung nicht durch kondensiertes Wasser gestört wird.
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(Sechste Ausführungsform)
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13 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors 10F. Der Stirlingmotor 10F ist im Wesentlichen identisch zum Stirlingmotor 10A mit der Ausnahme, dass ein Steuerventil 110 vorgesehen ist, das dazu fähig ist, die Zufuhr des Kühlmittels zu dem Kühler 45 zu steuern, ein Stellglied 111 für das Steuerventil 110 vorgesehen ist und eine ECU 90D anstelle der ECU 90A vorgesehen ist. Abgesehen davon, dass das Stellglied 111 als ein gesteuertes Objekt elektrisch mit der ECU 90D verbunden ist, ist die ECU 90D im Wesentlichen dieselbe wie die ECU 90A, und die Steuereinheit wird wie folgt verwendet. Beispielsweise ist eine ähnliche Variation bei den Stirlingmotoren 10B, 10C, 10D und 10E anwendbar.
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In der ECU 90D wird die Steuereinheit verwendet, um das Steuerventil 110 zu steuern, um das Zirkulieren des Kühlmittels vor dem Start zu beschränken (hier wird insbesondere das Steuerventil 110 geschlossen). Im Hinblick auf das Steuerventil 110 bleibt das Steuerventil 110 in einem Zustand des Lösens der Beschränkung des Umlaufs des Kühlmittels vor dem Start (insbesondere ist das Ventil in einem offenen Zustand), sofern nicht die Steuereinheit das Steuerventil 110 steuert, um den Umlauf des Kühlmittels vor dem Start zu beschränken. Dies löst die Beschränkung des Umlaufs des Kühlmittels zum Kühler 45 vor dem Start. Das bedeutet, dass hier insbesondere das Kühlmittel vor dem Starten mit dem Umlauf zum Kühler 45 beginnt.
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Insbesondere steuert die Steuereinheit das Steuerventil 110, um den Umlauf des Kühlmittels zu beschränken, wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 höher als der vorab festgelegte Wert α ist (insbesondere die Feuchte gleich dem oder höher als der vorab festgelegte Wert α ist), wodurch das Steuerventil 110 gesteuert wird, um den Umlauf des Kühlmittels vor dem Start zu steuern. Andererseits steuert die Steuereinheit das Steuerventil 110, um die Beschränkung des Umlaufs des Kühlmittels zu lösen (insbesondere öffnet hier das Steuerventil 110), wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist. Die Steuereinheit steuert das Stellglied 111 für das Steuerventil 110. Zusätzlich entspricht die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 in einem Fall, in dem eine ähnliche Variation bei dem Stirlingmotor 10B eingesetzt wird, der Feuchte innerhalb des Kühlers 45, und der vorab festgelegte Wert α entspricht dem vorab festgelegten Wert β.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf einen in 14 veranschaulichten Ablaufplan eine Beschreibung des Steuervorgangs des Stirlingmotors 10F gegeben, der von der ECU 90D durchgeführt wird. Die ECU 90D misst die Feuchte (Schritt S21) und bestimmt, ob die Feuchte in einem Zustand ist, in dem der Start durchgeführt werden kann oder nicht (Schritt S22). Wenn im Schritt S22 eine negative Entscheidung gefällt wird, steuert die ECU 90D das Steuerventil 110, um es zu schließen (Schritt S23). Anschließend misst die ECU 90D die Feuchte (Schritt S24) und bestimmt, ob die Feuchte in dem Zustand ist, in dem der Start durchgeführt werden kann (Schritt S25). Zusätzlich wird insbesondere in den Schritten S22 und S25 bestimmt, ob die gemessene Feuchte niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist oder nicht.
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Wenn im Schritt S25 eine negative Entscheidung gefällt wird, kehrt der Vorgang zum Schritt S23 zurück. Somit fährt das Steuerventil 110 mit dem Schließen fort, bis die gemessene Feuchte niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist. Andererseits steuert die ECU 90D das Steuerventil 110, um es zu öffnen (Schritt S26), wenn im Schritt S25 eine positive Entscheidung gefällt wird. Anschließend führt die ECU 90D nach dem Schritt S26, oder nachdem im Schritt S22 eine positive Entscheidung gefällt wurde, den Start durch (Schritt S27). Außerdem kann der Start im Schritt S27 durchgeführt werden, wenn eine andere Startbedingung erfüllt ist. Dieser Ablaufplan endet nach dem Schritt S27.
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Effekte des Stirlingmotors 10F werden als Nächstes beschrieben. In dem Stirlingmotor 10F wird das Steuerventil 110 gesteuert, um den Umlauf eines Kühlmittels vor dem Start zu beschränken, wodurch die Kühlfähigkeit des Kühlers 45 verringert wird. Dies beschleunigt das Aufwärmen, um die Feuchte innerhalb des Kühlers 45 früh zu verringern. Somit ist diese Stirling-Maschine 10F dazu geeignet, den Startzeitpunkt nach vorne zu verschieben, weil sie im Vergleich zum Stirlingmotor 10A eine Verringerung der Feuchte in dem Kühler 45 beschleunigt.
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In dem Stirlingmotor 10F wird insbesondere das Steuerventil 110 gesteuert, um den Umlauf des Kühlmittels zu beschränken, wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 höher als der vorab festgelegte Wert α ist, und wenn die Feuchte innerhalb des Kurbelgehäuses 62 niedriger als der vorab festgelegte Wert α ist, wird das Steuerventil 110 gesteuert, um die Beschränkung des Umlaufs des Kühlmittels zu lösen. Es ist daher möglich, die Kühlfähigkeit des Kühlers hinsichtlich der Kondensation in dem Bereich zu verringern, in dem das Vorverschieben des Startzeitpunkts wirksam ist.
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(Siebte Ausführungsform)
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15 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors 10G. Der Stirlingmotor 10G entspricht im Wesentlichen dem Stirlingmotor 10A mit der Ausnahme, dass ein Thermometer 85 anstelle des Hygrometers 80 vorgesehen und eine ECU 90E anstelle der ECU 90A vorgesehen ist. Die ECU 90E ist im Wesentlichen dieselbe wie die ECU 90A mit der Ausnahme, dass das Thermometer 85 anstelle des Hygrometers 80 elektrisch mit der ECU 90E verbunden ist, und die Steuereinheit wird wie folgt verwendet. Eine ähnliche Variation kann man auf die Stirlingmotoren 10C, 10D, 10E und 10F anwenden.
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Das Thermometer 85 ist in dem Kühler 45 vorgesehen. Das Thermometer 85 erfasst die Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45. In einem Fall, in dem die ECU 90E den Startzeitpunkt auf der Grundlage der inneren Feuchte anpasst, passt die Steuereinheit den Startzeitpunkt auf der Grundlage der Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45 an. Insbesondere wenn die Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45 höher als ein vorab festgelegter Wert γ ist, führt die Steuereinheit den Start durch. Der vorab festgelegte Wert γ ist eine gewünschte Temperatur und wird auf den Kochpunkt des Kühlmittels festgelegt.
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16 ist eine erläuternde Ansicht des vorab festgelegten Werts γ. Die senkrechte Achse zeigt eine Druckkraft an, und die horizontale Achse zeigt eine Temperatur an. Eine Kurve C2 ist eine Sättigungsdampfkurve. Jede Temperatur auf der horizontalen Achse zeigt die Kochpunkte an. Der Kochpunkt ändert sich entlang der Kurve C2 mit der Druckkraft wie in 16 veranschaulicht. Als Antwort darauf wird der vorab festgelegte Wert γ unter den Bedingungen festgelegt, unter denen der Innendruck in dem Stirlingmotor 10G konstant ist. Beispielsweise kann der vorab festgelegte Wert γ ein variabler Wert passend zu dem Innendruck des Stirlingmotors 10G sein. Beispielsweise kann ein Drucksensor den Innendruck des Stirlingmotors 10G erfassen.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf einen in 17 veranschaulichten Ablaufplan eine Beschreibung des von der ECU 90E durchgeführten Steuervorgangs des Stirlingmotors 10G gegeben. Die ECU 90E misst die Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45 (Schritt S31), und bestimmt, ob die Temperatur in dem Zustand ist, in dem der Start durchgeführt werden kann (Schritt S32), oder nicht. Insbesondere wird im Schritt S32 bestimmt, ob die gemessene Temperatur höher als der vorab festgelegte Wert γ ist oder nicht. Wenn im Schritt S32 eine negative Entscheidung gefällt wird, kehrt der Vorgang zum Schritt S31 zurück. Wenn im Schritt S32 eine positive Entscheidung gefällt wird, führt die ECU 90E den Start durch (Schritt S33). Zusätzlich kann der Start im Schritt S33 durchgeführt werden, wenn eine andere Startbedingung erfüllt ist. Dieser Ablaufplan endet nach dem Schritt S33.
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Effekte des Stirlingmotors 10G werden als Nächstes beschrieben. Der Stirlingmotor 10G passt den Startzeitpunkt auf der Grundlage der Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45 an. Insbesondere wird der Start durchgeführt, wenn die Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45 höher als der vorab festgelegte Wert γ ist, und der vorab festgelegte Wert γ wird auf den Kochpunkt des Kühlmittels festgelegt. Daher ist es in einem Fall, in dem der Stirlingmotor 10G den Startzeitpunkt auf der Grundlage der internen Feuchte anpasst, möglich, den Start in dem Zustand durchzuführen, in dem eine Kondensation nicht auftritt, selbst wenn die innere Feuchte in einem vorab festgelegten Abschnitt nicht speziell erfasst wird. Als ein Ergebnis wird die Verbesserung so erreicht, dass die Gasschmierung nicht durch kondensiertes Wasser gestört wird.
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(Achte Ausführungsform)
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18 ist eine Ansicht eines Stirlingmotors 10H. Der Stirlingmotor 10H ist im Wesentlichen dieselbe wie der Stirlingmotor 10F mit der Ausnahme, dass das Hygrometer 80 nicht speziell vorgesehen ist, und eine ECU 90F anstelle der ECU 90D vorgesehen ist. Die ECU 90F ist im Wesentlichen dieselbe wie die ECU 90D mit der Ausnahme, dass ein Detektor 86 anstelle des Hygrometers 80 elektrisch verbunden ist, und die Steuereinheit wird wie folgt ausgeführt. Beispielsweise ist eine ähnliche Änderung für der Stirlingmotor 10C, 10D und 10E anwendbar, die zudem mit dem Steuerventil 110 und dem Stellglied 111 versehen sind, falls dies notwendig ist.
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Der Detektor 86 ist dazu aufgebaut, Sensoren und Schalter zum Erfassen des Antriebszustands der zugehörigen Maschine mit interner Verbrennung zu erfassen. Beispielsweise umfasst der Detektor 86 einen Luftflussmesser zum Messen einer Ansaugluftmenge der Maschine mit interner Verbrennung bzw. Brennkraftmaschine, einen Kurbelwellenwinkelsensor, um eine Drehzahl der Brennkraftmaschine zu erfassen, einen Gaspedalöffnungssensor, um einen Betätigungsbetrag (eine Gaspedalöffnung bzw. Drosselöffnung) eines Gaspedals, das zum Beschleunigen der Brennkraftmaschine verwendet wird, und einen Zündschalter zum Starten der Brennkraftmaschine zu erfassen. Die ECU 90F kann den Startzeitpunkt und eine Kraftstoffeinspritzmenge (einen Öffnungszeitabschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils) der zugehörigen Brennkraftmaschine auf der Grundlage der Abgaben von dem Detektor 86 erfassen. Hier kann die ECU 90F beispielsweise mit einer ECU anstelle des Detektors 86 kommunizieren, um die Brennkraftmaschine zu steuern. Außerdem kann auch die ECU 90F zur Steuerung der Brennkraftmaschine dienen.
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In einem Fall, in dem die ECU 90F den Startzeitpunkt auf der Grundlage der inneren Feuchte anpasst, passt die Steuereinheit den Startzeitpunkt auf der Grundlage eines Wärmeaufnahmezeitabschnitts an. In einem Fall, in dem der Startzeitpunkt auf der Grundlage des Wärmeaufnahmeabschnitts angepasst wird, führt die Steuereinheit das Anlassen zu der Zeit durch, wenn der Wärmeaufnahmeabschnitt länger als ein vorab festgelegter Zeitabschnitt T ist. Der vorab festgelegte Zeitabschnitt T ist auf einen Zeitabschnitt festgelegt, bei dem die Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45 höher als der vorab festgelegte Wert γ ist. Der vorab festgelegte Zeitabschnitt T wird so berechnet (abgeschätzt), dass er wie folgt festgelegt ist.
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Insbesondere berechnet und integriert die Steuereinheit die Abgaswärmekapazität der zugehörigen Brennkraftmaschine. Anschließend wird eine Temperaturerhöhungsrate des Arbeitsfluids auf der Grundlage eines integrierten Werts der Abgaswärme und der Wärmekapazität des Stirlingmotors 10H berechnet (eine Gesamtwärmekapazität der Wärmeaufnahmeabschnitte, zu denen das Arbeitsfluid gehört, in Anbetracht einer Wärmeaustauschfähigkeit der Heizung 47 und der Wärme, die anderswo als im Wärme übertragenden Arbeitsfluid aufgenommen wurde). Zudem wird der vorab festgelegte Zeitabschnitt T auf der Grundlage der berechneten Temperaturerhöhungsrate und des vorab festgelegten Werts γ als der gewünschten Temperatur berechnet. Immer wenn die Steuereinheit den integrierten Wert der Abgaswärmekapazität berechnet, wird der vorab festgelegte Wert T berechnet, um aktualisiert zu werden.
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Beispielsweise kann die Abgaswärmekapazität insbesondere auf der Grundlage der Ansaugluftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge der zugehörigen Brennkraftmaschine berechnet werden. Insbesondere kann die Temperaturerhöhungsrate durch Teilen der Wärmekapazität des Stirlingmotors 10H durch die Abgaswärmekapazität berechnet werden. Außerdem kann der vorab festgelegte Zeitabschnitt T durch Teilen des vorab festgelegten Werts γ durch die Temperaturerhöhungsrate berechnet werden. In einem Fall, in dem der vorab festgelegte Zeitabschnitt T in einer solchen Weise berechnet wird, steuert die Steuereinheit das Steuerventil 110, um es spätestens zu schließen, wenn die zugehörige Brennkraftmaschine startet, und steuert das Steuerventil 110, um es zu öffnen, wenn der Stirlingmotor 10H anläuft.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf einen in 19 veranschaulichten Ablaufplan eine Beschreibung des von der ECU 90F durchgeführten Steuervorgangs des Stirlingmotors 10H gegeben. Die ECU 90F bestimmt, ob die zugehörige Brennkraftmaschine startet oder nicht (Schritt S41). Wenn eine negative Entscheidung gefällt wird, geht der Vorgang zum Schritt S41 zurück. Wenn eine positive Entscheidung gefällt wird, beginnt die ECU 90F damit, den Wärmeaufnahmezeitabschnitt zu messen (Schritt S42). Außerdem schließt das Steuerventil 110 (Schritt S43). Anschließend berechnet und integriert die ECU 90F die Abgaswärmekapazität (Schritt S44). Zudem wird die Temperaturerhöhungsrate des Arbeitsfluids berechnet (Schritt S45).
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Anschließend berechnet die ECU 90F den vorab festgelegten Zeitabschnitt T (Schritt S46), und bestimmt, ob der Wärmeaufnahmezeitabschnitt verstrichen ist oder nicht (Schritt S47), wenn der Start durchgeführt werden kann. Insbesondere wird im Schritt S47 bestimmt, ob der Wärmeaufnahmezeitabschnitt länger als der vorab festgelegte Zeitabschnitt T ist oder nicht. Wenn im Schritt S47 eine negative Entscheidung gefällt wird, kehrt der Vorgang zum Schritt S44 zurück. Daher wird immer, wenn der integrierte Wert der Abgaswärmekapazität im Schritt S44 berechnet wird, der neue vorab festgelegte Zeitabschnitt T im Schritt S46 berechnet, bis im Schritt S47 eine positive Entscheidung gefällt wird. Als ein Ergebnis wird der vorab festgelegte Zeitabschnitt T aktualisiert. Wenn im Schritt S47 eine positive Entscheidung gefällt wird, führt die ECU 90F den Start durch (Schritt S48). Außerdem öffnet das Steuerventil 110 (Schritt S49). Zusätzlich kann der Start durchgeführt werden, wenn im Schritt S48 eine andere Startbedingung vorliegt. Dieser Ablaufplan endet nach dem Schritt S49.
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Als Nächstes werden Effekte des Stirlingmotors 10H beschrieben. Der Stirlingmotor 10H passt den Startzeitpunkt auf der Grundlage des Wärmeaufnahmezeitabschnitts an. Insbesondere wird der Start durchgeführt, wenn der Wärmeaufnahmezeitabschnitt länger als der vorab festgelegte Zeitabschnitt T ist, und der vorab festgelegte Zeitabschnitt T wird auf einen Zeitabschnitt festgelegt, in dem die Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45 höher als der vorab festgelegte Wert γ ist. Daher kann der Start in einem Fall, in dem der Stirlingmotor 10H den Startzeitpunkt auf der Grundlage der inneren Feuchte anpasst, in dem Zustand durchgeführt werden, in dem die Kondensation nicht in dem Kühler 45 auftritt, ohne die innere Feuchte in dem vorab festgelegten Zeitabschnitt zu erfassen. Demgemäß wird die Verbesserung erzielt, so dass die Gasschmierung nicht durch kondensiertes Wasser gestört wird.
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In dem Stirlingmotor 10H schließt das Steuerventil 110 spätestens beim Start der zugehörigen internen Verbrennung, wodurch das Kühlen des Kühlers 45 angehalten wird. Dies beschleunigt das Aufwärmen, um den Startzeitpunkt nach vorne zu verschieben. Zusätzlich kann das Kühlmittel in einem Fall, in dem der Startzeitpunkt auf der Grundlage des Wärmeaufnahmezeitabschnitts angepasst wird, durch den Kühler 45 in dem Stirlingmotor 10H umlaufen. In diesem Fall wird der vorab festgelegte Zeitabschnitt T in Anbetracht der Kühlung durch den Kühler 45 berechnet.
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20 ist eine Ansicht einer Beziehung zwischen dem Wärmeaufnahmezeitabschnitt und der Wärmeaufnahmemenge. Die senkrechte Achse zeigt eine Wärmeaufnahmemenge an, und die horizontale Achse zeigt einen Wärmeaufnahmezeitabschnitt an. Wie in 20 veranschaulicht ist der Wärmeaufnahmezeitabschnitt länger als der vorab festgelegte Zeitabschnitt T, und dann ist die Wärmeaufnahmemenge höher als die gewünschte Wärmemenge H, wodurch es möglich ist, den Stirlingmotor 10H zu starten. Hier kann der Startzeitpunkt in einem Fall, in dem der Stirlingmotor 10H den Startzeitpunkt auf der Grundlage der inneren Feuchte anpasst, auf der Grundlage der Wärmeaufnahmemenge angepasst werden. In diesem Fall wird der Start durchgeführt, wenn die Wärmeaufnahmemenge höher als die als vorab festgelegte Menge dienende gewünschte Wärmemenge H ist, und eine solche vorab festgelegte Menge kann auf eine Menge festgelegt werden (eine Wärmeaufnahmemenge, die zu dem vorab festgelegten Zeitabschnitt T passt), bei der die Temperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 45 höher als der vorab festgelegte Wert γ ist.
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Während die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genau erläutert wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsformen beschränkt, und andere Ausführungsformen, Abänderungen und Modifizierungen können durchgeführt werden, ohne vom Gebiet der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise ist der Stirlingmotor nicht stets auf die Maschine mit interner Verbrennung bzw. Brennkraftmaschine beschränkt, und kann Wärme sammeln, die von einem beliebigen Aufbau wie einer Gasturbine abgegeben wird. Außerdem ist der vorab festgelegte Abschnitt nicht stets auf die Kurbelwelle oder den Kühler beschränkt. Hier ist es in einem Fall, in dem der vorab festgelegte Abschnitt die Kurbelwelle ist, zweckmäßig, beispielsweise einfach das Hygrometer darin einzusetzen. Andererseits ist es in einem Fall, in dem der vorab festgelegte Abschnitt der Kühler ist, geeignet, direkt zu bestimmen, ob der Kühler in dem Zustand ist, in dem eine Kondensation darin auftritt oder nicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H
- Stirling-Maschine
- 21
- Expansionskolben
- 22
- Hochtemperaturzylinder
- 31
- Kompressionskolben
- 32
- Kompressionszylinder
- 45
- Kühler
- 61
- Kurbelwelle
- 62
- Kurbelwellengehäuse
- 65
- Druckpumpe
- 70
- Anlasser
- 80
- Hygrometer
- 90A, 90B, 90C, 90D, 90E, 90F
- ECU
- 100
- Kühlabschnitt
